5 دقیقه
شبیهسازیهای جدید نوع غیرمنتظره‌ای از سامانه‌های ستارهای را نشان میدهند
شبیهسازیهای کیهان‌شناسی با رزولوشن بالا که توسط دانشگاه ساری و همکاران اجرا شده‌اند، دسته‌ای از سامانه‌های ستارهای باستانی را شناسایی کرده‌اند که پیش‌تر شناخته نشده بودند و ممکن است هم‌اکنون در کهکشان راه شیری پنهان باشند. این مطالعه که در نشریه Nature منتشر شده است، از مجموعه شبیه‌ساز EDGE برای ردگیری 13.8 میلیارد سال تاریخ کیهانی استفاده می‌کند، با رزولوشن‌هایی تا حدی دقیق که تأثیر ابرنواخترهای منفرد را ثبت می‌کند. نتایج چشم‌اندازی یکپارچه از سازوکار شکلگیری خوشههای کروی ارائه می‌دهد و یک جمعیت گذار — «کوتولههای شبیه خوشههای کروی» — را پیشبینی می‌کند که ویژگیهای خوشههای کروی کلاسیک و کهکشانهای کوتوله را ترکیب می‌کنند.
در شبیهسازیهای با رزولوشن بالا EDGE، یک خوشهٔ کروی (تراکم سفید ستارگان) به‌طور طبیعی پدیدار می‌شود. این شبیه‌سازی‌ها همچنین وجود یک کلاس جدید از اجرام را پیشبینی می‌کنند: کوتولههای شبیه خوشههای کروی. این اجرام جدید مشابه خوشههای کروی شکل میگیرند، اما در هالهٔ مادهٔ تاریک مستقل خودشان قرار دارند. کهکشان کوتولهٔ نزدیک Reticulum II ممکن است یکی از این اجرام باشد که در حیاط خلوت کیهانی ما آشکار و در عین حال پنهان بوده است. اگر چنین باشد، میتواند محدودیت‌های بی‌سابقه‌ای بر ماهیت مادهٔ تاریک فراهم کند و محلی تازه برای شکار اولین ستارگان عاری از فلز باشد.
پیشینهٔ علمی و رویکرد شبیهسازی
خوشههای کروی مجموعه‌هایی فشرده و گرانشی هستند که از صدها هزار تا میلیون‌ها ستاره تشکیل شده‌اند و به دور کهکشانهای بزرگ‌تر گردش می‌کنند. آنها از قدیمی‌ترین سامانه‌های ستارهای شناخته‌شده‌اند و با تراکم بالای ستارگان، سن‌های تقریباً یکسان ستارهای و تنوع شیمیایی پایین مشخص می‌شوند. این ویژگی‌ها منشأ آنها را به یک مسئلهٔ دیرپای اخترفیزیکی تبدیل کرده است، تا حدی به این دلیل که خوشههای کروی عموماً شواهد کمی یا هیچ شواهدی از مادهٔ تاریک اطرافشان نشان نمی‌دهند — برخلاف کهکشانهای کوتوله که غالباً تحت تسلط مادهٔ تاریک هستند.
برای بررسی مسیرهای شکلگیری، شبیهسازیهای EDGE فرآیند شکلگیری کهکشان را در طول زمان کیهانی با رزولوشن بسیار بالا مدلسازی می‌کنند و از امکانات ابررایانهٔ ملی DiRAC در بریتانیا استفاده کردند. تیم شامل همکارانی از مؤسسات مختلف در سراسر جهان بود و شبیه‌سازی‌هایی را اجرا کردند که روی سخت‌افزار معمولی سال‌ها طول می‌کشید. با حل مقیاس‌هایی در حدود 10 سال نوری، EDGE بازخوردهای موضعی از ابرنواخترهای منفرد و دینامیک‌هایی را که می‌توانند به شکلگیری سامانه‌های ستارهای فشرده در محیط‌های متفاوت مادهٔ تاریک منجر شوند، ثبت می‌کند.
یافته‌های کلیدی: مسیرهای شکلگیری چندگانه و یک کلاس ترکیبی جدید
EDGE نشان می‌دهد که خوشههای کروی می‌توانند از دست‌کم دو کانال شکلگیری پدید آیند. برخی خوشهها در مناطق گازی چگال تشکیل می‌شوند که خودبه‌خود پیوستگی گرانشی پیدا می‌کنند و هرگونه مادهٔ تاریک اطراف را از دست میدهند، که خوشههای کروی کلاسیکِ دارای کمبود مادهٔ تاریک را تولید می‌کند. سیستم‌های فشردهٔ دیگری در هالههای کوچک مادهٔ تاریک خود شکل میگیرند اما فشردگی ستارهای و سن‌های کهنِ معمول خوشههای کروی را دارا هستند. دستهٔ اخیر همان «کوتولههای شبیه خوشههای کروی» پیشبینیشدهاند: از نظر رصدی فشرده و شبیه خوشهها، ولی درون هاله‌ای قابل‌توجه از مادهٔ تاریک جاسازی شده‌اند.
این تفاوت ساختاری ظریف اهمیت دارد. اگر این اجرام ترکیبی در جهان واقعی وجود داشته باشند، ممکن است تلسکوپ‌ها آنها را به‌عنوان خوشههای کروی عادی فهرست کرده باشند و محتوای مادهٔ تاریکشان را پنهان کنند. چندین قمر کهکشان راه شیری — به‌ویژه کوتولهٔ بسیار کم‌نور Reticulum II — به‌عنوان نامزدهای کوتولههای شبیه خوشههای کروی مطرح شده‌اند. تأیید محتوای مادهٔ تاریک آنها میتواند آزمایشگاهی نادر برای آزمون مدلهای مادهٔ تاریک فراهم کند و محل تازه‌ای برای جستجوی ستارگان بسیار کمفلز (یا بدون فلز) از اولین نسلهای ستارهای باشد.
چشم‌اندازهای مشاهده‌ای و پیامدها
گام‌های بعدی شامل رصدهای هدفمند با استفاده از تلسکوپ‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب و پیمایش‌های طیفسنجی عمیق آتی است. دادههای جنبشی با دقت بالا و طیفسنجی تفکیکشدهٔ ستارگان میتواند تمایز میان سامانه‌ای تحت سلطهٔ مادهٔ تاریک و یک خوشهٔ صرفاً ستارهای را ممکن سازد. اثبات وجود جمعیتی از کوتولههای شبیه خوشههای کروی بر نظریههای شکلگیری خوشههای ستارهای، نقش بازخورد در هالههای کوچک و راهبردهای جستجوی ستارگان ابتدایی تأثیر خواهد گذاشت.
دیدگاه کارشناسی
دکتر ایتن تیلور (دانشگاه ساری) اشاره می‌کند که EDGE این سامانهها را بدون وارد کردن پیش‌نویس‌های خاصی برای اجبار شکلگیری آنها تولید کرد که این امر اعتماد به این‌که این اجرام نتیجه‌ای طبیعی از فیزیک شکلگیری کهکشان هستند را افزایش می‌دهد. پروفسور جاستین رید اضافه می‌کند که رزولوشن حدود 10 سال نوری در شبیه‌سازی‌ها برای حل فرایندهای فیزیکی که کانال‌های متفاوت شکلگیری خوشه را متمایز می‌کنند، حیاتی بود.
نتیجه‌گیری
شبیهسازیهای EDGE تصویر کامل‌تری از چگونگی شکلگیری سامانه‌های ستارهای فشرده ارائه میدهند و یک کلاس گذار — کوتولههای شبیه خوشههای کروی — را پیشبینی می‌کنند که ممکن است هم‌اکنون میان قمرهای کهکشان راه شیری حضور داشته باشند. تأیید مشاهده‌ای این اجرام آزمایش‌های جدیدی برای مادهٔ تاریک و میدان‌های جستجوی تازه‌ای برای ستارگان اولیهٔ جهان فراهم می‌آورد و جنبه‌هایی از یک معمای اخترشناسی کهن را روشن می‌کند.
منبع: scitechdaily
نظرات